秋氨基酸代谢

第 九 章氨 基 酸 代 谢Metabolism of Amino Acids,生化教研室,蛋白质的营养作用 蛋白质的消化、吸收与腐败 氨基酸的一般代谢 氨的代谢 个别氨基酸的代谢,为什么肝硬化腹水病人不能用碱性利尿药或碱性肥皂水灌肠？,氮平衡（nitrogen balance) 营养必需氨基酸（essential amino acid) 蛋白质的互补作用 氨基酸代谢库(metabolic pool) 丙氨酸葡萄糖循环 转氨基作用 (transanination) 鸟氨酸循环 (ornithine cycle) 一碳单位（one carbon unit ） 甲硫氨酸循环（methionine cycle),第一节蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein,一、蛋白质营养的重要性,维持组织细胞的生长、更新和修复参与多种重要的生理活动： 催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。氧化功能，每克蛋白质氧化分解可释放约17kJ能量。,二、蛋白质的需要量和营养价值,氮平衡(nitrogen balance):反映机体内蛋白质代谢概况的一项指标，实质上是指蛋白质摄入量与排出量的对比关系。氮的总平衡：摄入氮排出氮（正常成人）氮的正平衡：摄入氮排出氮（儿童、孕妇及恢复期病人等）氮的负平衡：摄入氮排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）,生理需要量： 正常成人在食用不含蛋白质的食物时，每日排氮量约为3.18g，相当于分解蛋白质20g。 成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,二、蛋白质的需要量和营养价值,蛋白质的营养价值,评定食物蛋白质营养价值的指标：蛋白质含量：食物蛋白质含量多少是评定其营养价值的重要前提。蛋白质的消化率蛋白质的利用率：蛋白质的生理价值或生物价。蛋白质生理价值的高低取决与：食物蛋白质中各种氨基酸的组成、数量和相互比例是否与人体蛋白质接近。所含的必需氨基酸的种类多少和含量高低。,必需氨基酸(essential amino acid)：指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有8种：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。 其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。 蛋白质的互补作用：指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。,八种必需氨基酸记忆口诀,借来一两本淡色书撷苏丹来奔以色列,第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins,一、蛋白质的消化,蛋白质消化的生理意义由大分子转变为小分子，便于吸收。消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。,消化过程,（一）胃中的消化作用,胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。,1. 胰酶及其作用：胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。内肽酶(endopeptidase)水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。外肽酶(exopeptidase)自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。,（二）小肠中的消化 小肠是蛋白质消化的主要部位,2. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意图,胰蛋白酶原 糜蛋白酶原 羧基肽酶原 弹性蛋白酶原,肠激酶,胰蛋白酶 糜蛋白酶 羧基肽酶 弹性蛋白酶,酶原激活的意义,可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。酶原还可视为酶的贮存形式。,二、氨基酸的吸收,吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收机制：耗能的主动吸收过程；包括主动转运和谷氨酰基循环两种形式。,（一）氨基酸吸收载体,载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。,载体类型,中性氨基酸载体碱性氨基酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体,（二）-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程：,谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成,半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly),细胞外,-谷 氨酰 基转 移酶,细胞膜,谷胱甘肽 GSH,细胞内,-谷氨酰基循环过程,氨基酸,目 录,谷氨酰氨基酸,（三）肽的吸收,利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系此种转运也是耗能的主动吸收过程吸收作用在小肠近端较强,三、 蛋白质的腐败作用,蛋白质的腐败作用(putrefaction),肠道细菌对未消化的蛋白质和未被吸收的氨基酸的分解作用,腐败作用的产物大多有害，如胺类、酚类、吲哚、硫化氢等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。,（一）胺类(amines)的生成,假神经递质(false neurotransmitter),酪胺和苯乙胺可进入脑组织，分别经羟化形成-羟酪胺和苯乙醇胺，它们的结构与神经递质儿茶酚胺结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,酪胺,-羟酪胺,（二） 氨的生成,降低肠道pH，NH3转变为NH4+，以铵盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。,（三）其它有害物质的生成,第三节氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,氨基酸代谢库(metabolic pool),食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库。,氨基酸代谢库,一碳单位,氨 基 酸 代 谢 概 况,一、体内蛋白质的转换更新,蛋白质转换更新(protein turnover)：人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡。,蛋白质的半寿期(half-life， T1/2)：蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用T1/2表示。,生理意义,某些调节蛋白的转换速度可直接影响物质代谢过程及其生理功能。通过更新可清除异常或损伤的蛋白质。,真核生物中蛋白质降解的两条途径, 溶酶体内降解过程,不依赖ATP利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白, 泛素(ubiquitin)介导的蛋白质降解过程,依赖ATP在胞浆中进行降解异常蛋白和短寿命蛋白,76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保守,1. 泛素化(ubiquitination),泛素与需要被降解蛋白质形成共价连接， 使其标记并被激活。,2. 蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质 的降解,泛素介导的蛋白质降解过程,泛素,泛素活化酶,泛素结合酶,泛素蛋白连接酶,二、 氨基酸的脱氨基作用,脱氨基作用：指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。,脱氨基方式,转氨基作用氧化脱氨基联合脱氨基非氧化脱氨基,（一）转氨基作用(transamination),1. 定义在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸的-氨基转移到另一种-酮酸的酮基上，原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸则生成相应的氨基酸。,反应式,大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。,体内重要的转氨酶,丙氨酸氨基转移酶(ALT或GPT）：肝中活性最高天冬氨酸氨基转移酶（AST或GOT）：心肌中活性最高,正常人各组织AST及ALT活性 (单位/克湿组织),临床意义：血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。,AST,ALT,AST,ALT,2. 转氨基作用的机制,转氨酶的辅酶是维生素B6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛,氨基酸,磷酸吡哆醛,-酮酸,磷酸吡哆胺,谷氨酸,-酮戊二酸,转氨酶,H2O,H2O,转氨基作用的生理意义,转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。,通过此种方式并未产生游离的氨。,（二）氧化脱氨基作用,NAD(P)H+H+,NAD(P)+,H2O,L-谷氨酸,-酮戊二酸,催化酶： L-谷氨酸脱氢酶,要点：反应是可逆的辅酶为 NAD+ 或NADP+存在于肝、脑、肾中此酶为别构酶，GTP、ATP为其抑制剂，GDP、ADP为其激活剂，与能量代谢密切相关。,NH3,-亚氨基戊二酸,（三）联合脱氨基作用,1. 定义,两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。,2. 类型, 转氨基偶联氧化脱氨基作用, 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环, 转氨基偶联氧化脱氨基作用,整个过程是可逆的，因此此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。,氨基酸,转氨酶,-酮戊二酸,L-谷氨酸脱氢酶, 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环,此种方式主要在肌肉组织进行,腺苷酸代琥珀酸,腺苷酸代琥珀酸合成酶,次黄嘌呤 核苷酸 (IMP),苹果酸,（四）非氧化脱氨基作用,脱水脱氨基：丝氨酸脱硫化氢脱氨基：半胱氨酸直接脱氨基：天冬氨酸,三、-酮酸的代谢,（一）经氨基化生成非必需氨基酸,（二）转变成糖及脂类,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,T A C,目 录,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,（三）氧化供能,-酮酸在体内可通过TAC 和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。,第四节氨 的 代 谢,Metabolism of Ammonia,氨是机体正常代谢产物，具有毒性。正常人血氨浓度一般不超过60mol/L，血氨增高，引起脑功能紊乱，常与肝性脑病的发病有关。体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。,一、体内氨的来源,氨的来源主要有三个：, 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源, 胺类的分解也可以产生氨, 肠道吸收的氨,NH3比NH4更易于穿过细胞膜而被吸收，因此临床上对高血氨病人采用弱酸性透析液做结肠透析，禁止用碱性肥皂水灌肠，就是为了减少肠道对氨的吸收。, 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺,酸性尿有利于肾小管细胞中的氨扩散入尿，碱性尿则妨碍肾小管细胞中的NH3分泌，氨易被重吸收入血，引起血氨升高。 临床上对肝硬化而产生腹水的病人，为减少肾小管对氨的吸收，不易使用碱性利尿药，以免血氨升高。,氨在血液中的转运主要以丙氨酸及谷氨酰胺两种形式运输。,二、氨的转运,1. 丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle),反应过程,丙氨酸,葡萄糖,肌肉蛋白质,氨基酸,谷氨酸,-酮戊 二酸,丙酮酸,糖酵解途径,肌肉,丙氨酸,血液,丙氨酸,葡萄糖,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH3,尿素,尿素循环,糖异生,肝,丙氨酸-葡萄糖循环,葡萄糖,目 录,酮戊二酸,酮酸,2. 谷氨酰胺的运氨作用,反应过程,在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。,三、尿素的生成,（一）生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中。,（二）生成过程,尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。,1. 氨基甲酰磷酸的合成,反应在线粒体中进行,反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),2. 瓜氨酸的合成,+,H3PO4,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,氨基甲酰磷酸,由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化，OCT常与CPS-构成复合体。,反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后 进入胞液。,3. 精氨酸的合成,反应在胞液中进行。,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,4. 精氨酸水解生成尿素,反应在胞液中进行,尿素,鸟氨酸,精氨酸,H2O,鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,目 录,（三）反应小结,原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。,NH3+CO2+Asp+3ATP+2H2O尿素+2ADP+AMP+2Pi+PPi+延胡索酸,总反应式,（四）尿素生成的调节,1. 食物蛋白质的影响,高蛋白膳食 合成,低蛋白膳食 合成,2. CPS-的调节：AGA、精氨酸为其激活剂,3. 尿素合成酶系的调节：精氨酸代琥珀酸合 成酶为限速酶,氨的其他去路？,通过尿液排到体外通过粪便排到体外合成成非必须氨基酸,（五）高血氨症和氨中毒,血氨浓度升高称高血氨症 ( hyperammo -nemia)，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高血氨症。,高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)。,TAC,脑供能不足,脑内 -酮戊二酸,氨中毒的可能机制,第五节 个别氨基酸的代谢,Metabolism of Individual Amino Acids,一、氨基酸脱羧基作用,脱羧基作用(decarboxylation),（一）-氨基丁酸 (-aminobutyric acid, GABA),GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。,（二）牛磺酸(taurine),牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分，在体内有重要的生理功能。,（三）组胺 (histamine),组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,（四）5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),5-HT在脑内作为神经递质，起抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用，但能扩张骨骼肌血管。,（五）多胺(polyamines),定义：分子中含有2个以上氨基的胺类物质,*腐胺、精脒（亚精胺）、精胺,鸟氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸 (SAM ),脱羧基SAM,鸟氨酸脱羧酶,CO2,SAM脱羧酶,CO2,精脒 (spermidine),丙胺转移酶,5-甲基-硫-腺苷,精胺 (spermine),限速酶为鸟氨酸脱羧酶，活性较强。,多胺的生理功能,调节细胞增长，促进细胞增殖。在生长旺盛的组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高。 血尿中多胺的水平可作为癌瘤病的辅助诊断及观察病情变化的指标。,二、一碳单位的代谢,定义,某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。,种类,甲基 (methyl)甲烯基 (methylene)甲炔基 (methenyl)甲酰基 (formyl)亚胺甲基 (formimino),-CH3,-CH2-,-CH=,-CHO,-CH=NH,CH4、CO2不属于一碳单位,（二）四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体,FH4的生成,四氢叶酸（FH4）,FH4是一碳单位的运载体，也可认为是一碳单位代谢的辅酶。 一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上。,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,N5CH=NHFH4,（二）一碳单位与氨基酸代谢,一碳单位主要来源于Ser、Gly、His、Trp、Met(肝胆阻塞死）的分解代谢。,（三）一碳单位的相互转变,参与嘌呤、嘧啶核苷酸的合成，进而是合成DNA及RNA的原料。参与许多物质的甲基化过程。,（四）一碳单位的生理功用,维生素、叶酸缺乏引起一碳单位代谢障碍，妨碍细胞增殖，引起巨幼红细胞性贫血。磺胺类药及氨甲喋呤等是通过干扰叶酸及四氢叶酸的合成，进而影响一碳单位代谢而发挥药理作用。,三、含硫氨基酸的代谢,半胱氨酸,胱氨酸,甲硫氨酸,（一）甲硫氨酸的代谢,1. 甲硫氨酸与转甲基作用,S腺苷甲硫氨酸（SAM）,SAM为体内甲基的直接供体,2. 甲硫氨酸循环(methionine cycle),SAM为活性甲硫氨酸，SAM中的甲基为活性甲基。SAM是体内最重要的甲基直接供体。N5-CH3-FH4是甲基的间接供体。转甲基酶的辅酶为Vit B12。,3. 肌酸的合成,肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatine phosphate)是能量储存、利用的重要化合物。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成。,肌酸在肌酸激酶的作用下，转变为磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐(creatinine)。,肌酸,+,目 录,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢,1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变,2. 硫酸根的代谢含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。,PAPS为活性硫酸根，是体内硫酸基的供体,四、芳香族氨基酸的代谢,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,1. 儿茶酚胺(catecholamine) 的合成,2. 苯丙酮尿症(phenyl keronuria, PKU),体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，尿中出现大量苯丙酮酸等代谢物称为苯丙酮尿症（）。,在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。,3.黑色素的合成与白化病,乙酰乙酸,酪氨酸和苯丙氨酸是生糖兼生酮氨基酸尿黑酸加氧酶先天性合成不足，造成尿黑酸症。,对羟苯丙酮酸,尿黑酸加氧酶,（二）色氨酸代谢,色氨酸,5-羟色胺,一碳单位,丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA,维生素 PP,五、支链氨基酸的代谢,支链氨基酸,五、支链氨基酸的代谢,缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸,生糖氨基酸,生糖兼生酮氨基酸,生酮氨基酸,1 生物体内氨基酸脱氨的主要方式为 A 氧化脱氨 B 还原脱氨 C 直接脱氨 D转氨 E联合脱氨 2 成人体内氨的最主要代谢去路为 A 合成非必需氨基酸 B合成必需氨基酸 C 合成 NH4+ 随尿排出 D 合成尿素 E 合成嘌呤嘧啶核苷酸等3 下列氨基酸中哪一个是非必需氨基酸？ A 赖氨酸 B 谷氨酸 C 色氨酸 D 甲硫氨酸 E 苏氨酸,课堂练习,4 血中NPN明显增高的主要原因是A 蛋白质进食太多 B 肝脏功能不良 C 肾脏功能不良D 尿素合成增加 E 谷氨酰胺合成增加5 血氨升高的主要原因是A 食蛋白质过多 B肝功能障碍 C 肥皂水（碱性）灌肠 肠道氨的吸收增多 D肾功能障碍E以上都不是6 蛋白质的互补作用是指A糖和蛋白质混合食用，以提高食物的生理价值作用B脂肪和蛋白质混合食用，以提高食物的生理价值作用C几种生理价值低的蛋白质混合食用，以提高食物的生理价值作用D糖、脂肪、蛋白质及维生素混合食用，以提高食物的生理价 值作用 E用糖和脂肪代替蛋白质的作用,7儿茶酚胺是由哪个氨基酸转化生成的？ A 色氨酸 B谷氨酸 C天冬氨酸 D酪氨酸 E赖氨酸8S腺苷甲硫氨酸的重要作用是 A 补充甲硫氨酸B合成四氢叶酸C提供甲基D生成腺嘌呤核苷 E合成同型半胱氨酸9脑中一氨基丁酸是由以下哪一代谢物产生的 A 天冬氨酸 B谷氨酸 C酮戊二酸 D 草酰乙酸 E苹果酸 10 肾脏中产生的氨主要来自A氨基酸的联合脱氨基作用 B谷氨酰胺的水解C尿素的水解 D氨基酸的非氧化脱氨基作用E胺的氧化,11下列哪一个不是一碳单位？ ACO2 BCH3 C =CH D =CH2 E CH2OH 12营养充足的婴儿、孕妇、恢复期病人，常保持 A 氮平衡 B氮的负平衡 C氮的正平衡 D 氮的总平衡 E以上都不是,13丙氨酸和-酮戊二酸经谷丙转氨酶和下述哪一种酶的连续作用才能产生游离的氨？ A 谷氨酰胺酶 B谷草转氨酶 C 谷氨酸脱氢酶 D 谷氨酰胺合成酶 E 一酮戊二酸脱氢酶,14. 肝中氨的主要去路是 A合成尿素B扩散入血C合成谷氨酰胺D合成氨基酸 E合成嘌呤15下列哪一个化合物不能由酪